C++ 中的高效线程——第 1 部分：基本线程类

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引言

在过去的几年里，多线程应用程序已经成为我开发工具库的支柱。我甚至发现自己有时会编写不需要多线程的应用程序。工作线程可以让 Win32 应用程序提升用户体验并提高性能。

对于 C++ 程序和程序员来说，Windows API 的 C 接口并不一定能很好地融入新的或现有的类层次结构中。然而，线程概念已成为并行编程实践的支柱，并且在越来越广泛的场景中变得越来越适用。

在本系列三篇文章的第一部分中，我将介绍我的通用线程类，解释其背后的设计决策以及如何使用它来实现最大的效果。

Thread 类

在深入之前，让我们先看看 Thread 类的公共接口。

class Thread
{
public:
    Thread();
    virtual ~Thread();

    // Suspend - Suspends the thread (if one is active)
    void Suspend();

    // Resume - Resumes a previously suspended thread
    void Resume();

    // Terminate - Terminates the thread (if one is active).
    // Prefer another means of exiting the thread, as
    // calling Terminate() does not allow the thread to free
    // any resources it may hold
    void Terminate();

    // IsThreadActive - Called in the context of another
    // (external) thread to test whether the thread is
    // currently running
    bool IsThreadActive() const;
};

这个相当基础的接口也相当简洁。它以一种简洁、 C++ 友好的类方式暴露了 Win32 API 在线程本身上的许多操作。

现在，您可能会自言自语：“嘿？你说这是一个完整的接口。里面甚至没有创建线程的方法！” 啊，我们正在朝着那个方向前进。但在此之前，我们必须经历模板的领域。

没错，我的 Thread 类的实现使用了一些模板技巧。这些技巧是必需的，以便我们可以跨不同的客户端类使用相同的代码。毕竟，您不想为每个客户端重写这个类，对吧？

那么，让我们更仔细地看看源代码中的几行。

template<class T, class P>
class Thread
{
public:
    typedef void (T::*ThreadFunc)( P );
    
    // ...
    // Same as above
    // ...
};

实际上有两个不同的模板参数：T 和 P；或者换句话说：类和参数。

要调用对象上的方法，编译器需要两样东西：对象的类型（模板参数列表中的 T）以及方法的签名（由返回类型、类、方法名称和参数列表组成）。对于这个实现，假设方法不返回任何值（void）并且接受一个参数（有关不进行这些假设的更通用解决方案，请参阅本系列的第 3 篇文章）。

typedef 使事情变得非常容易。这是一个方法 typedef，指定 ThreadFunc 是一个指向函数指针的函数指针，该函数接受 T 的一个 P 作为参数并且不返回任何内容。您明白 typedef 为什么能让事情变容易吗？

现在我们已经推拉着穿过了模板的领域，让我们来看看 Thread 类的核心：Run() 方法。

// Run - Start the Thread and run the method
// pClass->(*pfFunc), passing p as an argument.
// Returns true if the thread was created 
// successfully, false otherwise
bool Run( T* pClass, ThreadFunc pfFunc, P p );

就是这样！这就是 Thread 类的公共接口。并不复杂。实现也同样简单。那么，我们如何使用这个新类呢？

使用 Thread 类

让我们来看一个如何使用 Thread 类的示例。

class TestClass
{
    ...

private:
    Lib::Thread<TestClass, int> m_thread;
};

在这个示例中，Thread 类应该作为另一个类的成员变量使用（稍作修改，该类也可以作为独立对象使用；我将把这个留给读者作为令人头疼的练习……目前）。封闭类是 Thread 类的第一个模板参数。这是编译器调用正确类中的正确方法所必需的。第二个模板参数是要传递给线程方法的参数类型。

要启动线程，请调用 Thread::Run() 方法。

m_thread.Run( this, &TestClass::DoWork, i );

这将使用标准的 Win32 ::CreateThread(...) 方法创建一个新线程。这个新线程会立即调用 Thread::Run() 方法中指定的那个方法（我知道它可能看起来不像，但我们正在所有这些参数中指定一个函数）。

Thread::Run() 方法的三个参数是：

• 我们要调用方法的对象
• 我们要调用的方法
• 我们要传递给方法的参数

我们需要什么来指定一个函数调用？从编译器的角度来看，它们是返回类型、类、方法名称和参数列表。从运行时的角度来看，我们还需要一个对象。由于返回类型是硬编码的，而类和参数列表在模板参数中指定，因此编译器只需要方法名称，运行时则需要一个对象。您猜怎么着？这些就是 Thread::Run() 方法的前两个参数（分别是参数 2 和 1）。

线程被调用后，它（基本上）会立即调用：

this->DoWork( i );

一旦该方法退出，线程就完成了工作，然后也随之退出。

结论

Thread 类相当基础，但非常有用。它为强大的 Win32 C 线程 API 提供了 C++ 包装器。此特定实现做出了一些假设：Thread 类必须是封闭类的成员，返回类型必须是 void，并且该方法接受单个参数。

这些假设在当前可能不太理想，因此第 3 篇文章将向您展示如何使用更多模板技巧来绕过这些假设。（相信我，不会那么痛苦。）

但首先，第 2 篇文章将向您展示如何将 Thread 类扩展到我所见过的最有用的线程范例。

历史

• 2006.11.21 - 首次修订。